JP3784593B2

JP3784593B2 - Single / multimode optical fiber coupler and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP3784593B2
Application number: JP33705299A
Authority: JP
Inventors: 孝博阿部; 淳一廿楽
Original assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Current assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: JP2001154058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シングルモードファイバを融着・延伸して形成される光ファイバカプラ及びその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは使用するシングルモードファイバのカットオフ波長の両側、すなわちカットオフ波長以上の波長の光信号を伝送するシングルモード領域と、カットオフ波長未満の波長の光信号を伝送するマルチモード領域の双方において所定の分岐比を有するシングル・マルチモード光ファイバカプラ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの伝送特性のひとつに単一モード条件、すなわち高次モードが遮断（カットオフ）される条件を表す数値としてカットオフ波長と呼ばれるものがある。いまこのカットオフ波長をλ_Cとすると、
【０００３】
【数１】

【０００４】
ただし、
ｖ_C：カットオフｖ値
Δ：コアとクラッドの比屈折率差≒（ｎ₁−ｎ₂）／ｎ₁
ｎ₁：コアの屈折率
ｎ₂：クラッドの屈折率
ｄ：コア径
であり、シングルモードファイバの場合、
【０００５】
【数２】

【０００６】
となる。
式(2) にしたがって比屈折率差Δが０．４％の場合のカットオフ波長λ_Cとコア径ｄとの関係をプロットすると、図７のようになる。したがって、この直線Ｌを境にして、より波長の長い領域がシングルモード領域、短い領域がマルチモード領域である。
【０００７】
シングルモードファイバは、通常このシングルモード領域の光信号を伝送するために用いられるものであるから、その伝送路に用いられるファイバ形カプラもカットオフ波長λ_Cよりも長い波長の光信号を分岐・結合するものしかなかった。
図５は、従来のシングルモードファイバカプラの要部の説明図である。
図５において、図５（ａ１）、（ａ２）は被覆を除去した２本のシングルモードファイバ４０ａ、５０ａを並設した状態を示す説明図で、図５（ａ１）は側面図、同図（ａ２）はそのＹ−Ｙ断面図である。被覆を除去したシングルモードファイバ４０ａ、５０ａは、それぞれコア４１ａ、５１ａ上にクラッド４２ａ、５２ａを有するものである。これを加熱・延伸して、融着させることによりシングルモードファイバカプラ３０が得られる。図５（ｂ１）がその側面図であり、同図（ｂ２）はそのＹ−Ｙ断面図である。
【０００８】
図３は、ファイバ形カプラの融着部の一般的な形成方法の説明図である。
所定長さのシングルモードファイバ４０、５０の中央部の被覆を除去し、被覆を除去したシングルモードファイバの中央部４０ａ、５０ａの両側を延伸具５１、５１にセットする。片方のシングルモードファイバ４０の入力端に半導体レーザ（ＬＤ）などの光源５２を接続し、シングルモードファイバ４０、５０の出力端はフォトダイオード（ＰＤ）などの受光部５４．５５を介してパワーメータ５６、５７に接続され、その出力端は演算部５８に、演算部５８は表示部５９にそれぞれ接続されている。
この状態で、ガスバーナＢにより加熱しつつ延伸具５１、５１により延伸Ｅすることにより、図５（ｂ１）に示す融着部Ｍ₃₀が形成される。シングルモードファイバ４０ａ、５０ａは全体に細くなるが、両者の当接部が変形ｍし、４０ｂ、５０ｂとなる。
【０００９】
光源５２からシングルモードファイバ４０に光パワーＰ₀を入射し、パワーメータ５６、５７の測定値Ｐ₁，Ｐ₂から演算部５８により、分岐比βが演算され、表示部５９に表示される。
ここに、
光結合Ｃ＝（Ｐ₂／Ｐ₀）×１００％ (3)
分岐比β＝〔Ｐ₂／（Ｐ₁＋Ｐ₂）〕×１００％ (4)
また、過剰損失をＰ_Lとすると、
Ｐ_L＝Ｐ₀−（Ｐ₁＋Ｐ₂） (5)
【００１０】
シングルモード領域では、光結合Ｃや分岐比βは、波長に対し滑らかな２乗余弦波となり、また延伸Ｅによる延伸量に対しても同様であることが知られている。したがって、表示部５９に表示される分岐比βを監視しながら延伸Ｅし、所定の分岐比βが得られたところで、加熱、延伸を止めれば所望のシングルモードファイバカプラ３０が得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする問題点】
しかし、上記のシングルモードファイバカプラ３０は、マルチモード領域では、伝搬するモードが二つ以上となり、各モードの波長によって光結合Ｃが異なるため、つぎのような問題があった。
いまモード番号をｉとすると、モード番号１〜ｉのｉ個のモードを持つ光信号の結合量Ｃは、
【００１２】
【数３】

【００１３】
ただし、
Ｃ_i：ｉモードの光結合
Ｐ_i：全体の光量を１としたときのｉモードの分担光量
ΣＰ_i＝１
である。
ここに、分担光量Ｐ_iは、光のファイバへの入射角やファイバの状態（例えば曲げの有無や程度など）によって変わり、ｉモードの光結合Ｃ_iはモード番号が大きい高次のモード程大きくなる。したがって、高次モードの分担光量が多くなるほど光結合の総和Ｃは大きくなるから、分担光量Ｐ_iが変わりやすい状態では安定した伝送ができないということになる。
【００１４】
図６は、図５（ｂ１）、（ｂ２）に示す従来のシングルモード光ファイバカプラ３０（波長０．６３３μｍ用でコア径４μｍ、クラッド径１２５μｍの２本の光ファイバを加熱・延伸して融着部を形成したもの）の波長−分岐比特性の説明図であり、図６(a) はシングルモード光ファイバカプラの使用状態の説明図、同図(b) は波長−分岐比特性図である。
図６(a) において、シングルモードファイバカプラ３０には入力ポートＩ₁、Ｉ₂と出力ポートＯ₁、Ｏ₂が設けられており、図示しない光源から入射される光Ｐ₀はシングルモードファイバカプラ３０内で光結合し、シングルモードファイバ４０ｂ、５０ｂに分岐されて、出力ポートＯ₁、Ｏ₂からそれぞれ光Ｐ₁、Ｐ₂が出射される。
図６(b) の曲線Ｓ₁、Ｓ₂は光の波長と、光パワーメータ（図示せず）によって計測された出射光Ｐ₁、Ｐ₂から計算された分岐比β₁、β₂との関係を示す波長−分岐比特性曲線で、ここに、実線Ｓ₁は分岐比β₁＝〔Ｐ₁／（Ｐ₁＋Ｐ₂）〕×１００％の対波長特性、点線Ｓ₂は分岐比β₂＝〔Ｐ₂／（Ｐ₁＋Ｐ₂）〕×１００％の対波長特性である。
【００１５】
曲線Ｓ₁、Ｓ₂は、カットオフ波長λ_C以上の波長（シングルモード領域）では滑らかな２乗余弦波曲線となるが、カットオフ波長λ_C未満の波長（マルチモード領域）では、波長の変化によってシャープに変化する。シングルモード領域では、曲線が滑らかであり、延伸量を変えると２乗余弦波の位相が変化することが知られているから、延伸量に対応する所望の分岐比が容易に得られる。
ところがマルチモード領域では、曲線の勾配が大きく僅かに波長や延伸量が異なっても分岐比βが変動する上、光のファイバへの入射角やファイバの状態が異なるとまた変動し、その変動幅も５０±３０％という範囲に及ぶという問題があった。
【００１６】
そしてまた、コア間に介在するクラッド層が厚いので、過剰損失Ｐ_Lが大きいという問題もあった。
【００１７】
本発明は、上記のような問題点を解消し、使用するシングルモードファイバのカットオフ波長以上の波長（シングルモード領域）とカットオフ波長未満の波長（マルチモード領域）の双方において所定の分岐比を有するシングル・マルチモード光ファイバカプラ及びその製造方法を提供しようとするものであり、特に光の入射角やファイバの状態によってマルチモード領域での分岐比の変動が小さくかつ過剰損失の少ないシングル・マルチモード光ファイバカプラ及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載のシングル・マルチモード光ファイバカプラの製造方法は、被覆を除去した２本のシングルモードファイバを加熱・延伸して、融着部を形成する光ファイバカプラの製造方法において、前記被覆を除去した２本のシングルモードファイバを、少なくとも加熱・延伸する部分のクラッド径を予めエッチングにより４０μｍ以下の細径に形成し、この細径部を加熱・延伸して融着させ、この融着部の少なくとも一部を強光結合化し、前記加熱・延伸する部分のクラッド径を、前記被覆を除去したシングルモードファイバのクラッド径を予めエッチングにより減径し、前記２本のシングルモードファイバのうち片方のシングルモードファイバの入力端にシングルモード領域の波長の光を入射させ、他方のシングルモードファイバの入力端にマルチモード領域の波長の光を入射させて、片方の出力端ではシングルモード領域の波長の光のみを、他方の出力端ではマルチモード領域の波長の光のみをそれぞれフィルターで分別して取り出し、前記各入力光と前記各出力光とからそれぞれの光結合を演算して表示させ、その光結合を監視しつつ、加熱・延伸し、マルチモード領域の光結合が約５０％に安定し、且つシングルモード領域の光結合が所望の数値となったとき加熱・延伸を止めることを特徴とする。これにより、容易にクラッド径を４０μｍ以下の細径に形成でき、その後、加熱・延伸して融着部を形成するので、被加熱部の熱容量が小さく、少なくともその一部を容易に強光結合化することができる。したがって、シングルモード領域と、マルチモード領域の両方の波長の光信号を安定した分岐比で伝送できるとともに過剰損失の少ないシングル・マルチモード光ファイバカプラが容易に得られる。被加熱部の径が４０μｍを超えるときは、熱容量が大きいため、加熱温度を上げるか、加熱時間を長くしなければならず、そのため延伸が円滑に行われない。また、強光結合化によりマルチモード領域で安定した分岐比を有するとともにシングルモード領域で所望の分岐比を有するシングル・マルチモード光ファイバカプラの融着部が容易に形成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面にもとづいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明のシングル・マルチモード光ファイバカプラ及びその製造方法の実施の形態例の説明図であり、図２、図３は、融着部の形成方法の説明図である。
図１（ａ１）はシングル・マルチモード光ファイバカプラ１を構成するシングルモードファイバ１０の被覆を除去した部分１０ａの側面図であり、同図（ａ２）はそのＹ−Ｙ断面図である。シングルモードファイバ１０ａは、コア１１ａ上にクラッド１２ａを有するものであり、通常コア径は４〜１０μｍ、クラッド径は１２５μｍであり、波長が長いほどその伝搬に適したファイバのコア径は大きくなる。
【００２３】
図１（ｂ１）は、中央部をフッ化水素酸（フッ酸）によりエッチングして減径したシングルモードファイバ１０ｂの側面図であり、同図（ｂ２）は、そのＹ−Ｙ断面図である。クラッド１１ｂの径はコア１２ｂの径の１０倍以下まで減径する。同様にシングルモードファイバ２０を用意し、被覆を除去した部分の中央部をエッチングしてそのクラッド径をシングルモードファイバ１０ｂと同じように４０μｍ以下まで減径する。
【００２４】
図１（ｃ１）は、クラッドを減径したシングルモードファイバを並設してその減径した細径部分を当接させた状態の側面図であり、同図（ｃ２）はそのＹ−Ｙ断面図である。１０ｃ、２０ｃは、その状態の２本のシングルモードファイバであり、１１ｃ、２１ｃは、それぞれのコア、１２ｃ、２２ｃはそれぞれのクラッドを示す。
【００２５】
図１（ｄ１）は、上記並設した状態の細径部を、後述する方法で加熱・延伸し、融着させて融着部Ｍ₁を形成したシングル・マルチモード光ファイバカプラ１の側面図であり、同図（ｄ２）はそのＹ−Ｙ断面図である。加熱・延伸は、融着部Ｍ₁において、シングルモード光ファイバ１０ｄ、２０ｄのコア１１ｄ、２１ｄ間にクラッドが存在しない状態、すなわち、強光結合化した状態まで行われ、融着部Ｍ₁では、コア１１ｄ、２１ｄは一体となってコア２を形成し、クラッド１２ｄ、２２ｄも一体となってクラッド３を形成する。
【００２６】
次に、図２に基づいて、融着部Ｍ₁の形成方法の詳細について説明する。
図３で説明した一般的なシングルモード光ファイバカプラ３０の融着部形成方法と同一の部分は同一の符号で示す。
所定長さのシングルモードファイバ１０、２０の中央部の被覆を除去し、その中央部のクラッドをエッチングにより減径したシングルモードファイバ１０ｃ、２０ｃを延伸具５１、５１にセットする。両方のシングルモードファイバ１０、２０の入力端に半導体レーザなどの光源５２、５３を接続し、シングルモードファイバ１０、２０の出力端はローパスフィルタ６０、ハイパスフィルター６１を介してフォトダイオードなどの受光部５４、５５に接続する。受光部５４、５５の出力端は、パワーメータ５６、５７に接続され、その出力は演算部６２に入力される。演算部６２には、光源５２、５３の電気信号化された出力光パワーＰ_A0、Ｐ_B0も入力され、この出力光パワーＰ_A0、Ｐ_B0と受光パワーＰ_B、Ｐ_Aから光結合Ｃ_B、Ｃ_Aが演算され、表示部６３、６４に表示される。
【００２７】
例えば、光源５２をマルチモード領域の波長のもの、光源５３をシングルモード領域の波長のものとし、ローパスフィルタ６０はカットオフ波長未満の波長の光を、ハイパスフィルタ６１はカットオフ波長以上の光を通過させるものとする。
この状態で、ガスバーナＢにより加熱しつつ延伸具５１、５１により延伸Ｅすることにより、図１（ｄ１）に示す融着部Ｍ₁を形成する。その際、光源５２からシングルモードファイバ１０に波長がシングルモード領域の光パワーＰ_A0を入射し、光源５３からはシングルモードファイバ２０に波長がマルチモード領域の波長の光パワーＰ_B0を入射する。パワーメータ５６の測定値Ｐ_Bは、ローパスフィルタ６０を通過したものであるから、シングルモードファイバ２０に入射した光パワーＰ_B0のうちシングルモードファイバ１０に光結合した光パワーである。したがって、この数値から演算部６２において、光結合Ｃ_B＝（Ｐ_B／Ｐ_B0）×１００％が演算される。また、パワーメータ５７の測定値Ｐ_Aは、シングルモードファイバ１０に入射した光パワーＰ_A0のうちシングルモードファイバ２０に光結合した光パワーである。したがって、この数値から演算部６２において、光結合Ｃ_A＝（Ｐ_A／Ｐ_A0）×１００％が演算される。
【００２８】
式(3) 〜(5) から明らかなように、過剰損失が非常に小さい場合、
Ｐ₀≒Ｐ₁＋Ｐ₂
となるから、
Ｃ≒β
となる。
しかるに、強光結合化されたシングル・マルチモード光ファイバカプラにおいては、過剰損失は極めて小さいから、光結合Ｃ_A、Ｃ_Bはそれぞれ分岐比β_A、β_Bにほぼ等しくなる。
したがって、表示部６３に示される分岐比β_Bを監視しながら、分岐比β_Bが５０％前後の安定した数値となり、かつ表示部６４に表示される分岐比β_Aが所望の数値になったとき、加熱・延伸を止めることにより、所望の融着部Ｍ₁が形成される。
【００２９】
また、融着部の形成方法は上記に限らず、図３に示す一般的な融着部形成方法において、シングルモード領域での分岐比βが所望の値になるまで加熱・延伸するという方法でもよい。
なお、この実施形態例では、シングルモードファイバのクラッド径が４０μｍ以下に形成する方法として、通常のシングルモードファイバの被覆を除去した部分のクラッドをフッ酸等によりエッチングして減径する方法を用いたが、減径の方法はこれに限定されない。また、最初からクラッド径が４０μｍ以下に形成されたシングルモードファイバを用いてもよい。
【００３０】
以上のようにして形成されたシングル・マルチモード光ファイバカプラは、例えば、マルチモード領域とシングルモード領域の双方で使用できる。したがって、マルチモード領域の可視光で内部鏡として用い、シングルモード領域の赤外光でレーザーメスとして用いるなど、医療用器具等に用いることができる。
【００３１】
【実施例】
コア径４μｍ、クラッド径１２５μｍの波長０．６３３μｍ用のシングルモードファイバを用い、所定の長さ約３００ｃｍの試料２本をそれぞれ中央部の被覆約３ｃｍを除去した後、その中央部のクラッドをフッ酸でエッチングして外径を３５μｍとした。
その２本のシングルモードファイバの中央部を加熱しつつ、約１０ｍｍ延伸してシングル・マルチモード光ファイバカプラを作製した。
得られたシングル・マルチモード光ファイバカプラの波長−光結合特性は図４に示すとおりであった。
図４において、図４(a) はシングル・マルチモード光ファイバカプラ１の波長−分岐比特性の説明図であり、図４(b) はシングル・マルチモード光ファイバカプラ１の使用状態の説明図、同図(b) は波長−光結合特性である。
図４(a) において、シングル・マルチモード光ファイバカプラ１には入力ポートＩ₁、Ｉ₂と出力ポートＯ₁、Ｏ₂が設けられており、図示しない光源から入射される光Ｐ_A0はシングル・マルチモード光ファイバカプラ１内で光結合し、シングルモードファイバ１０ｄ、２０ｄに分岐されて、出力ポートＯ₁、Ｏ₂からそれぞれ光Ｐ_A1、Ｐ_A2として出射される。
【００３２】
図４(b) の曲線ＳＭ₁、ＳＭ₂は光の波長と図示しない光パワーメータによって計測された出射光Ｐ_A1、Ｐ_A2から計算された分岐比β_A1、β_A2との関係を示す波長−分岐比特性曲線で、ここに、実線ＳＭ₁は分岐比β_A1＝〔Ｐ_A1／（Ｐ_A1＋Ｐ_{A 2}）〕×１００％の対波長特性、点線ＳＭ₂は分岐比β_A2＝〔Ｐ_A2／（Ｐ_A1＋Ｐ_A2）〕×１００％の対波長特性である。図４から明らかなように、マルチモード領域における分岐比がほぼ５０±２０％の範囲内に入るようになった。これは、従来のシングルモード光ファイバカプラのマルチモード領域における分岐比約５０±３０％に比べて、大きな改善であり、マルチモード領域における使用が可能となった。
【００３３】
【発明の効果】
以上に述べたとおり、請求項１記載の発明によれば、容易にクラッド径を４０μｍ以下の細径に形成でき、その後、加熱・延伸して融着部を形成するので、被加熱部の熱容量が小さく、少なくともその一部を容易に強光結合化することができる。したがって、シングルモード領域と、マルチモード領域の両方の波長の光信号を安定した分岐比で伝送できるとともに過剰損失の少ないシングル・マルチモード光ファイバカプラが容易に得られる。また、強光結合化によりマルチモード領域で安定した分岐比を有するとともにシングルモード領域で所望の分岐比を有するシングル・マルチモード光ファイバカプラの融着部が容易に形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシングル・マルチモード光ファイバカプラの要説明図である。
【図２】本発明のシングル・マルチモード光ファイバカプラの融着部形成方法の説明図である。
【図３】本発明のシングル・マルチモード光ファイバカプラの別の融着部形成方法の説明図である。
【図４】本発明の一実施例の波長−分岐比特性を示す図である。
【図５】従来のシングルモード光ファイバカプラ及びその製造方法の説明図である。
【図６】従来のシングルモード光ファイバカプラの波長−分岐比特性を示す図である。
【図７】カットオフ波長とコア径の関係を示す図である。
【符号の説明】
１本発明のシングル・マルチモード光ファイバカプラ
２本発明のシングル・マルチモード光ファイバカプラの強光結合化されたコア
３本発明のシングル・マルチモード光ファイバカプラのクラッド
１０、２０、４０、５０シングルモードファイバ
１０ａ、２０ａ、４０ａ、５０ａシングルモードファイバの被覆除去部
３０シングルモード光ファイバカプラ
５１延伸具
５２、５３光源
５４、５５受光部
５６、５７パワーメータ
６２演算部
６３、６４表示部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber coupler formed by fusing and stretching a single mode fiber, and a method for manufacturing the same, and more specifically, on both sides of a cutoff wavelength of a single mode fiber to be used, that is, a wavelength longer than the cutoff wavelength. The present invention relates to a single multimode optical fiber coupler having a predetermined branching ratio in both a single mode region for transmitting an optical signal having a wavelength and a multimode region for transmitting an optical signal having a wavelength less than a cutoff wavelength, and a method for manufacturing the same. is there.
[0002]
[Prior art]
One of the transmission characteristics of an optical fiber is a so-called cutoff wavelength as a numerical value representing a single mode condition, that is, a condition in which a higher order mode is cut off. If this cutoff wavelength is now λ _C ,
[0003]
[Expression 1]

[0004]
However,
v _C : cutoff v value Δ: relative refractive index difference between core and clad≈ (n ₁ −n ₂ ) / n ₁
n ₁ : Refractive index of the core n ₂ : Refractive index of the cladding d: Core diameter, and in the case of a single mode fiber,
[0005]
[Expression 2]

[0006]
It becomes.
FIG. 7 shows a plot of the relationship between the cutoff wavelength λ _C and the core diameter d when the relative refractive index difference Δ is 0.4% according to the equation (2). Therefore, with this straight line L as the boundary, the longer wavelength region is the single mode region and the shorter region is the multimode region.
[0007]
Single-mode fiber, typically from those used for transmitting an optical signal of the single-mode region, - splitting the long wavelength optical signal than the fiber type coupler also cutoff wavelength lambda _C for use in the transmission path There was only one to join.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a main part of a conventional single mode fiber coupler.
5, (a1) and (a2) are explanatory views showing a state in which two

single mode fibers

40a and 50a from which the coating has been removed are arranged side by side, and FIG. 5 (a1) is a side view and FIG. a2) is a YY sectional view thereof. The single-

mode fibers

40a and 50a from which the coating has been removed have

clads

42a and 52a on the

cores

41a and 51a, respectively. The single mode fiber coupler 30 is obtained by heating and stretching and fusing it. FIG. 5B1 is a side view thereof, and FIG. 5B2 is a YY sectional view thereof.
[0008]
FIG. 3 is an explanatory diagram of a general method for forming the fused portion of the fiber coupler.
The coating of the central portion of the

single mode fibers

40 and 50 having a predetermined length is removed, and both sides of the

central portions

40a and 50a of the single mode fiber from which the coating has been removed are set on the

drawing tools

51 and 51. A light source 52 such as a semiconductor laser (LD) is connected to the input end of one single mode fiber 40, and the output end of the

single mode fibers

40 and 50 is a power meter via a light receiving portion 54.55 such as a photodiode (PD). 56 and 57, and the output end is connected to the calculation part 58, and the calculation part 58 is connected to the display part 59, respectively.
In this state, by stretching E by stretching tool 51 while heated by the gas burner B, the fused portion M ₃₀ shown in FIG. 5 (b1) is formed. The

single mode fibers

40a and 50a are thin as a whole, but their contact portions are deformed m to become 40b and 50b.
[0009]
The light power P ₀ is incident on the single mode fiber 40 from the light source 52, the branching ratio β is calculated by the calculation unit 58 from the measured values P ₁ and P _{2 of the} power meters 56 and 57, and displayed on the display unit 59.
here,
Optical coupling C = (P ₂ / P ₀ ) × 100% (3)
Branching ratio β = [P ₂ / (P ₁ + P ₂ )] × 100% (4)
If excess loss is P _L ,
P _L = P ₀ − (P ₁ + P ₂ ) (5)
[0010]
In the single mode region, it is known that the optical coupling C and the branching ratio β are smooth square cosine waves with respect to the wavelength, and the same applies to the stretch amount due to the stretch E. Therefore, the drawing E is performed while monitoring the branching ratio β displayed on the display unit 59. When the predetermined branching ratio β is obtained, the desired single mode fiber coupler 30 can be obtained by stopping heating and stretching.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the single mode fiber coupler 30 has the following problems because there are two or more modes to propagate in the multimode region and the optical coupling C differs depending on the wavelength of each mode.
Assuming that the mode number is i, the coupling amount C of the optical signals having i modes of mode numbers 1 to i is
[0012]
[Equation 3]

[0013]
However,
C _i : i-mode optical coupling P _i : i-mode shared light quantity ΣP _i = 1 when the total light quantity is 1
It is.
Here, the shared light amount P _i varies depending on the incident angle of the light into the fiber and the state of the fiber (for example, whether or not bending is present), and the i-mode optical coupling C _i is larger as the higher-order mode has a larger mode number. Become. Accordingly, since the shared amount of the higher order modes is the sum C of the optical coupling as increases increases, so that can not stable transmission in a state easy sharing amount P _i changes.
[0014]
FIG. 6 shows the conventional single mode optical fiber coupler 30 shown in FIGS. 5B1 and 5B2 (which is made by heating and stretching two optical fibers having a core diameter of 4 μm and a cladding diameter of 125 μm for a wavelength of 0.633 μm). 6 (a) is an explanatory diagram of a use state of a single mode optical fiber coupler, and FIG. 6 (b) is a wavelength-branch ratio characteristic diagram. is there.
In FIG. 6 (a), the single-mode fiber coupler 30 input ports I _1, I ₂ and an output port O _1, O ₂ is provided, the light P ₀ is a single mode fiber coupler that is incident from a light source (not shown) 30 and optically coupled to the

single mode fibers

40b and 50b. Lights P ₁ and P ₂ are emitted from the output ports O ₁ and O ₂ , respectively.
Curves S ₁ and S _{2 in} FIG. 6 (b) indicate the light wavelength and the branching ratios β ₁ and β ₂ calculated from the emitted lights P ₁ and P ₂ measured by an optical power meter (not shown). In the wavelength-branch ratio characteristic curve showing the relationship, the solid line S ₁ is the wavelength ratio characteristic of the branch ratio β ₁ = [P ₁ / (P ₁ + P ₂ )] × 100%, and the dotted line S ₂ is the branch ratio β _2. = [P ₂ / (P ₁ + P ₂ )] × 100% versus wavelength characteristics.
[0015]
The curves S ₁ and S ₂ are smooth square cosine wave curves at wavelengths above the cutoff wavelength λ _C (single mode region), but at wavelengths below the cutoff wavelength λ _C (multimode region) It changes sharply with changes. In the single mode region, the curve is smooth, and it is known that the phase of the square cosine wave changes when the stretching amount is changed. Therefore, a desired branching ratio corresponding to the stretching amount can be easily obtained.
However, in the multimode region, even if the slope of the curve is large and the wavelength and the amount of stretching are slightly different, the branching ratio β varies, and when the angle of incidence of the light on the fiber and the state of the fiber differ, it also fluctuates. There was also a problem that the range of 50 ± 30%.
[0016]
In addition, since the clad layer interposed between the cores is thick, there is a problem that the excessive loss P _L is large.
[0017]
The present invention solves the above-described problems, and has a predetermined branching ratio at both wavelengths (single mode region) longer than the cutoff wavelength of the single mode fiber used and wavelengths below the cutoff wavelength (multimode region). In particular, a single-multimode optical fiber coupler and a method of manufacturing the same are provided. In particular, the single-mode optical fiber coupler has a small variation in the branching ratio in the multimode region depending on the incident angle of light and the state of the fiber, and has a small excess loss. It is an object of the present invention to provide a multimode optical fiber coupler and a manufacturing method thereof.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a single multimode optical fiber coupler according to claim 1 is an optical fiber coupler in which two single mode fibers from which coating has been removed are heated and stretched to form a fused portion. In the manufacturing method of the above, the two single mode fibers from which the coating has been removed are preliminarily formed into a thin diameter of 40 μm or less by etching at least a portion of the clad diameter to be heated / stretched, and the thin diameter portion is heated / stretched. Fusion, at least a part of the fusion part is strongly optically coupled, the clad diameter of the heated / stretched part is reduced in advance by etching the clad diameter of the single mode fiber from which the coating has been removed, One single-mode fiber of the single-mode fiber is made to enter light having a wavelength in the single-mode region at the input end of the single-mode fiber, and the other The light of the multimode region is incident on the input end of the single-mode fiber, and only the light of the single mode region wavelength is filtered at one output end, and only the light of the multimode region wavelength is filtered at the other output end. Separated and taken out, calculated and displayed each optical coupling from each input light and each output light, while monitoring the optical coupling, heating and stretching, the optical coupling in the multi-mode region is about 50% It is characterized in that heating and stretching are stopped when the optical coupling in the single mode region reaches a desired value. As a result, the clad diameter can be easily formed to a thin diameter of 40 μm or less, and then the heated portion is heated and stretched to form the fused portion. Therefore, the heat capacity of the heated portion is small, and at least a part thereof is easily strongly coupled. Can be Therefore, it is possible to easily obtain a single-multimode optical fiber coupler that can transmit optical signals having both wavelengths in the single-mode region and the multi-mode region with a stable branching ratio and has a small excess loss. When the diameter of the heated portion exceeds 40 μm, since the heat capacity is large, the heating temperature must be increased or the heating time must be lengthened, so that stretching is not performed smoothly. Further, the strong optical coupling facilitates formation of a fused portion of a single multimode optical fiber coupler having a stable branching ratio in the multimode region and a desired branching ratio in the single mode region.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view of an embodiment of a single / multimode optical fiber coupler and a manufacturing method thereof according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are explanatory views of a method of forming a fused portion.
FIG. 1A1 is a side view of a portion 10a from which the coating of the single mode fiber 10 constituting the single multimode optical fiber coupler 1 is removed, and FIG. 1A2 is a YY sectional view thereof. The single mode fiber 10a has a clad 12a on a core 11a. The core diameter is usually 4 to 10 μm and the clad diameter is 125 μm. The longer the wavelength, the larger the core diameter of the fiber suitable for propagation.
[0023]
FIG. 1 (b1) is a side view of a single mode fiber 10b whose diameter has been reduced by etching the center with hydrofluoric acid (hydrofluoric acid), and FIG. 1 (b2) is a YY sectional view thereof. . The diameter of the clad 11b is reduced to 10 times or less the diameter of the core 12b. Similarly, a single mode fiber 20 is prepared, and the central portion of the part from which the coating is removed is etched to reduce the clad diameter to 40 μm or less like the single mode fiber 10b.
[0024]
FIG. 1 (c1) is a side view of a state in which single mode fibers having a reduced cladding diameter are juxtaposed and the reduced diameter reduced diameter portions are in contact with each other, and FIG. FIG. 10c and 20c are two single mode fibers in that state, 11c and 21c are cores, and 12c and 22c are clads.
[0025]
Figure 1 (d1) is a small-diameter portion in a state in which the juxtaposed, heated and stretched in the manner described below, a side view of a single multi-mode optical fiber coupler 1 formed with the fused portion M ₁ by fusing (D2) is a YY sectional view thereof. Heating and stretching the fused portion M _1, single-mode optical fiber 10d, the core 11d of 20d, a state where no cladding is present between 21d, i.e., performed to a state in which the strong light coupling of, the fused portion M ₁ The cores 11d and 21d are integrally formed to form the core 2, and the

clads

12d and 22d are also integrally formed to form the clad 3.
[0026]
Next, based on FIG. 2, will be described in detail a method of forming the fused portion M _1.
The same parts as those in the method for forming the fused part of the general single mode optical fiber coupler 30 described with reference to FIG.
The coating of the central portion of the

single mode fibers

10 and 20 having a predetermined length is removed, and the

single mode fibers

10c and 20c in which the diameter of the clad of the central portion is reduced by etching are set on the

drawing tools

51 and 51.

Light sources

52, 53 such as semiconductor lasers are connected to the input ends of both

single mode fibers

10, 20, and the output ends of the

single mode fibers

10, 20 are light receiving units such as photodiodes via a low pass filter 60 and a high pass filter 61. 54 and 55 are connected. The output ends of the

light receiving units

54 and 55 are connected to

power meters

56 and 57, and the output is input to the calculation unit 62. The calculation unit 62 also receives output light powers P _A0 and P _B0 converted into electrical signals from the

light sources

52 and 53, and the output light powers P _A0 and P _B0 and the received light powers P _B and P _{A are} optically coupled C _B. , C _A are calculated and displayed on the

display units

63 and 64.
[0027]
For example, the light source 52 has a wavelength in the multi-mode region, the light source 53 has a wavelength in the single-mode region, the low-pass filter 60 emits light with a wavelength less than the cutoff wavelength, and the high-pass filter 61 emits light with a wavelength greater than or equal to the cutoff wavelength. Let it pass.
In this state, by stretching E by stretching tool 51 while heated by the gas burner B, and form a fused portion M ₁ shown in FIG. 1 (d1). At this time, the light power 52 enters the single mode fiber 10 with the optical power P _A0 in the single mode region, and the light source 53 enters the single mode fiber 20 with the optical power P _B0 with the wavelength in the multimode region. Since the measured value P _B of the power meter 56 passes through the low-pass filter 60, it is the optical power optically coupled to the single mode fiber 10 out of the optical power P _B0 incident on the single mode fiber 20. Therefore, the optical coupling C _B = (P _B / P _B0 ) × 100% is calculated in the calculation unit 62 from this numerical value. The measured value P _A of the power meter 57 is the optical power optically coupled to the single mode fiber 20 out of the optical power P _A0 incident on the single mode fiber 10. Therefore, the optical coupling C _A = (P _A / P _A0 ) × 100% is calculated from the numerical value in the calculation unit 62.
[0028]
As is clear from equations (3) to (5), if the excess loss is very small,
P ₀ ≒ P ₁ + P ₂
So,
C ≒ β
It becomes.
However, in the single optical fiber coupler with strong optical coupling, the excess loss is extremely small, so that the optical couplings C _A and C _B are approximately equal to the branching ratios β _A and β _B , respectively.
Therefore, while monitoring the branching ratio β _B shown on the display unit 63, the branching ratio β _B becomes a stable value of about 50%, and the branching ratio β _A displayed on the display unit 64 becomes a desired value. When the heating and stretching are stopped, the desired fused portion M ₁ is formed.
[0029]
In addition, the method of forming the fusion part is not limited to the above, and in the general fusion part formation method shown in FIG. 3, the method of heating and stretching until the branching ratio β in the single mode region reaches a desired value. Good.
In this embodiment, as a method for forming the clad diameter of the single mode fiber to 40 μm or less, a method of reducing the diameter by etching the clad in a portion where the coating of the normal single mode fiber is removed with hydrofluoric acid or the like is used. However, the diameter reduction method is not limited to this. Alternatively, a single mode fiber having a cladding diameter of 40 μm or less from the beginning may be used.
[0030]
The single / multimode optical fiber coupler formed as described above can be used in both the multimode region and the single mode region, for example. Therefore, it can be used as a medical instrument or the like by using it as an internal mirror with visible light in a multimode region and using it as a laser knife with infrared light in a single mode region.
[0031]
【Example】
Using a single mode fiber with a core diameter of 4 μm and a cladding diameter of 125 μm and a wavelength of 0.633 μm, after removing about 3 cm of the coating on the center part of each of two samples of a predetermined length of about 300 cm, the center part of the cladding is hooked. Etching with acid gave an outer diameter of 35 μm.
While heating the central part of the two single mode fibers, a single multimode optical fiber coupler was produced by stretching about 10 mm.
The wavelength-optical coupling characteristics of the obtained single / multimode optical fiber coupler were as shown in FIG.
4A is an explanatory diagram of the wavelength-branch ratio characteristics of the single / multimode optical fiber coupler 1, and FIG. 4B is an explanatory diagram of the usage state of the single / multimode optical fiber coupler 1. (B) shows the wavelength-optical coupling characteristics.
In FIG. 4 (a), the single multimode optical fiber coupler 1 is provided with input ports I ₁ and I ₂ and output ports O ₁ and O ₂ , and light P _A0 incident from a light source (not shown) is a single light. -Optically coupled in the multimode optical fiber coupler 1, branched into

single mode fibers

10d and 20d, and emitted from the output ports O ₁ and O _{2 as} light P _A1 and P _A2 , respectively.
[0032]
Curves SM ₁ and SM _{2 in} FIG. 4 (b) indicate the relationship between the wavelength of light and the branching ratios β _A1 and β _A2 calculated from the outgoing lights P _A1 and P _A2 measured by an optical power meter (not shown). -Branch ratio characteristic curve, where solid line SM ₁ is the branching ratio β _A1 = [P _A1 / (P _A1 + P _{A 2} )] × 100% versus wavelength characteristics, and dotted line SM ₂ is the branching ratio β _A2 = [P _A2 / (P _A1 + P _A2 )] × 100% versus wavelength characteristics. As is apparent from FIG. 4, the branching ratio in the multimode region is within the range of approximately 50 ± 20%. This is a significant improvement compared to the branching ratio of about 50 ± 30% in the multimode region of the conventional single mode optical fiber coupler, and the use in the multimode region has become possible.
[0033]
【The invention's effect】
As mentioned above, according to the first aspect of the invention, it can be easily formed the cladding diameter in the following diameter 40 [mu] m, then, the heating and stretching to form a fused portion, the heat capacity of the heated portion And at least a portion thereof can be easily strongly coupled. Therefore, it is possible to easily obtain a single-multimode optical fiber coupler that can transmit optical signals having both wavelengths in the single-mode region and the multi-mode region with a stable branching ratio and has a small excess loss. Further, the strong optical coupling facilitates formation of a fused portion of a single multimode optical fiber coupler having a stable branching ratio in the multimode region and a desired branching ratio in the single mode region.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram showing a single / multimode optical fiber coupler according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for forming a fused portion of a single multimode optical fiber coupler according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of another method for forming a fused portion of a single multimode optical fiber coupler according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing wavelength-branch ratio characteristics of an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional single mode optical fiber coupler and a manufacturing method thereof.
FIG. 6 is a diagram showing wavelength-branch ratio characteristics of a conventional single mode optical fiber coupler.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a cutoff wavelength and a core diameter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single multimode optical fiber coupler of this invention 2 Strongly optically coupled core of single multimode optical fiber coupler of this invention 3

Cladding

10, 20, 40, 50 of single multimode optical fiber coupler of this invention

Single mode fiber

10a, 20a, 40a, 50a Single mode fiber coating removal unit 30 Single mode optical fiber coupler 51

Drawing tool

52, 53

Light source

54, 55

Light receiving unit

56, 57 Power meter 62

Calculation unit

63, 64 Display unit

Claims

被覆を除去した２本のシングルモードファイバを加熱・延伸して、融着部を形成する光ファイバカプラの製造方法において、In a method of manufacturing an optical fiber coupler in which two single-mode fibers from which coating has been removed are heated and stretched to form a fused portion,
前記被覆を除去した２本のシングルモードファイバを、少なくとも加熱・延伸する部分のクラッド径を予めエッチングにより４０μｍ以下の細径に形成し、この細径部を加熱・延伸して融着させ、この融着部の少なくとも一部を強光結合化し、The two single-mode fibers from which the coating has been removed are preliminarily formed into a thin diameter of 40 μm or less by etching at least a portion of the clad diameter to be heated and stretched, and the thin diameter portion is heated and stretched to be fused. Strongly coupling at least a part of the fusion part,
前記２本のシングルモードファイバのうち片方のシングルモードファイバの入力端にシングルモード領域の波長の光を入射させ、他方のシングルモードファイバの入力端にマルチモード領域の波長の光を入射させて、片方の出力端ではシングルモード領域の波長の光のみを、他方の出力端ではマルチモード領域の波長の光のみをそれぞれフィルターで分別して取り出し、前記各入力光と前記各出力光とからそれぞれの光結合を演算して表示させ、その光結合を監視しつつ、加熱・延伸し、マルチモード領域の光結合が約５０％に安定し、且つシングルモード領域の光結合が所望の数値となったとき加熱・延伸を止めることを特徴とするシングル・マルチモード光ファイバカプラの製造方法。The light of a single mode region is incident on the input end of one of the two single mode fibers, and the light of a multimode region is incident on the input end of the other single mode fiber. Only one light with a wavelength in the single mode region is separated at one output end, and only light with a wavelength in the multi-mode region is separated by a filter at the other output end, and each light is extracted from each input light and each output light. When the coupling is calculated and displayed, and the optical coupling is monitored and heated and stretched, the optical coupling in the multimode region is stabilized at about 50%, and the optical coupling in the single mode region reaches the desired value. A method for producing a single / multimode optical fiber coupler, wherein heating and stretching are stopped.